[实用新型]用于鼠笼式空芯电流互感器的PCB板式线圈

说明书

 技术领域

本实用新型涉及一种用于鼠笼式空芯电流互感器的PCB板式线圈。该PCB板式线圈是一种基于PCB印制导线的线圈，可以是单层、双层或多层PCB结构。其中的鼠笼式空芯电流互感器是基于电磁感应原理而设计的一款电流测量互感器，测量范围宽、测量电流大（从几安培到数十万安培），主要用于（但不限于）矿热炉、炼钢炉等大功率冶炼设备短网电流的测量。

 背景技术

图1中示出了现有技术中采用的软质罗氏线圈，其是将漆包线绕制在软质非磁性材料的骨架上，让待测大电流导体穿过其几何中心进行电流测量，因为不包含磁芯，不存在磁饱和问题，因此测量范围宽、线性度好。加工和使用中要求线圈密度恒定（轴向分布均匀）、线圈截面积及形状一致、线圈横截面尽可能与中心线垂直。由于是软质线圈，具有很强的施工便利性，因此被广泛采用。

但是，图1中的软质罗氏线圈也存在以下诸多缺点：

生产罗氏线圈时，如采用手工或半手工绕制工艺，难以保证绕制线圈的截面积相同以及沿骨架轴向分布的均匀性，这将带来测量误差；

采用高精度的数控卷绕设备进行卷绕时，可以较好地保证绕制过程本身的精确性，但软质骨架容易变形，缠绕其上的线圈截面形状容易改变，这导致测量误差；

线圈与骨架间容易产生蠕动，装设及使用过程中线圈的牵拉及弯曲会导致线圈相对位置发生变化，破坏了线圈分布的均匀性，这增加了测量误差；

机械强度低，装设及使用过程中，挤压会导致线圈截面甚至线圈骨架变形，常常造成永久性形变甚至损坏，这增加测量误差并降低了可靠性；

软质骨架以及外层保护用软性橡胶的温度特性较差，容易老化，传感器可靠性降低；线圈截面小，感应电压低，输出信号较弱，抗电磁干扰能力差；

开口较大，造成线圈分布不均，存在系统性的偏心误差实现电磁屏蔽的技术手段相对复杂；线圈损坏后几乎无法修复，应用成本高,加工要求高，生产成本高。

此外，现有技术中还存在一种硬质PCB式线圈，其基于PCB的设计方法及精密的加工工艺，采用双面PCB，在两面布线，用过孔进行串接，从而生成基于印制导线的等效线圈。如图2所示，图中实线和虚线分别表示PCB的顶层和底层。

硬质PCB式线圈在保留了软质罗氏线圈测量范围宽、高线性的本质优点的基础上，摒弃了软质罗氏线圈的诸多固有缺点，已经在一些场合得到应用。但是它依然存在以下不足之处：

同一批次的PCB基材的厚度偏差很少可以做到1%以下，高的甚至可达10%；同一片PCB的厚度不均匀；不同批次的PCB厚度存在离散性；以上三种实际存在的状况导致线圈截面积不相同，互感参数不一致，精确测量必须针对不同得线圈个体进行差异性的系统性调整或标定；

PCB基材受温度变化的影响主要表现在基材厚度变化，这同样导致互感参数变化；

为了增加线圈匝数需要高密度布线，因此PCB过孔的数量大、过孔尺寸小，这增加了传感器的故障率；同样因为过孔数量和过孔尺寸的问题，这种结构难以实现多层板的应用；

受导线间距的影响，钳形拼接方式的应用存在开口处线圈密度的不均匀现象，影响测量精度；

受板材厚度的影响，单匝项圈的面积难以做大，不利于提高测量的灵敏度；

电气或机械的损伤容易导致整个传感器的报废，维修的技术难度较高。

综上所述，有必要研制一种新型的电流互感器、以及用于鼠笼式空芯电流互感器的PCB板式线圈，来克服现有技术中存在的所述问题。

 实用新型内容

为了克服现有技术中至少一个不足或缺陷，本实用新型的一个目的是提供一种用于鼠笼式空芯电流互感器的PCB板式线圈。具体地，通过以下技术方案来实现：一种用于鼠笼式空芯电流互感器的PCB板式线圈，其特征在于包括PCB板、设置在PCB板上的焊盘和设置在PCB板上的印制线圈，其中所述印制线圈为单层；或者所述印制线圈为两层或更多层，且相邻层的印制线圈通过过孔电连接。

根据本实用新型另一方面，所述印制线圈为圆角矩形线圈、圆形线圈、椭圆形线圈或渐开线形线圈。

本实用新型与现有技术相比，具有一个或者多个以下优点：

摒弃了软质罗氏线圈绕制时的密度不均匀、避免了线圈与骨架产生蠕动时导致的线圈密度不均匀，克服了线圈被牵拉或挤压导致的变形、避免了非磁性骨架的变形导致线圈截面积的变化；